形状记忆合金强激光冲击变形机理及表面改性研究

现有的形状记忆合金表面改性技术往往会导致改性层和基体材料的热-力学性能在服役条件下不匹配的问题。本项目针对镍钛(NiTi)形状记忆合金开展激光冲击强化研究。通过试验研究NiTi合金在激光冲击作用下的相变行为、塑性变形行为等动力学行为，结合多物理场耦合数值模拟研究，探索合理的工艺条件，建立残余应力大小、形状记忆能力、靶材表面后续处理能力之间综合效果的优化；使得改性层在获得耐磨、耐腐蚀特性的同时，还能和基体材料的形状记忆效应和超弹性等热-力学性能在一定范围内匹配，从而防止表面裂纹的萌生和扩展。研究成果不仅可以为激光与物质相互作用这一力学学科前沿课题增加新的内涵，还有可能为形状记忆合金材料的增强和延寿提供新的方法。

本项目研究了形状记忆合金在强激光冲击载荷作用下的变形机理及表面改性。主要研究内容包括三个方面：其一是研究形状记忆合金在短脉冲强激光诱导冲击波作用下的宏微观变形机制，实验获得了典型形状记忆合金（镍钛合金）在强激光冲击条件下的变形特征，利用XRD和透射电镜等微结构表征手段揭示了材料在瞬时高压作用下的微结构演化，同时采用PDV系统测量得到了介质内冲击波的传播规律；其二是从材料硬度和超弹性性能方面表征了激光冲击处理后形状记忆合金材料的表面改性效果，发现激光冲击作用能够有效提高材料的表面硬度，但仍然能够保留表面层的形状记忆性能；最后根据强激光与物质相互作用的物理机制，采用量纲分析和数值模拟相结合的方法，得到了冲击波压力特征以及最终强化效果的几何相似律和相似参数，并分析了相似参数对冲击强化效果的影响，为激光冲击强化效果的评估和工艺参数的优化设计提供了一种有效的分析方法。通过上述三个方面的研究内容，获得了强激光冲击下形状记忆合金材料的塑性变形与强化机理。研究成果为强激光与物质相互作用这一力学前沿课题增添了新的内涵，同时为形状记忆合金材料的增强和延寿改性方法提供了基础支撑。本项目至今共发表SCI学术论文7篇，EI学术论文3篇。项目培养了2名硕士研究生。